井间弹性波波场散射特征数值模拟分析

地震波正演数值模拟是实现井间弹性波波场分析的重要手段。文中采用弹性波波场分离数值模拟技术对层状含孔洞的速度模型进行了井间波场观测和波场特征分析,通过改变孔洞尺寸及其纵横波速度来研究井间地震波波场的散射特征。数值模拟结果表明,孔洞的存在增加了井间地震波波场的复杂性,且其尺寸与纵横波波长之间的差异将产生诸如以多次散射和反射等为主的复杂波场特征;横波波长较短,比纵波更易引起波场散射。     

完全匹配层吸收边界条件在弹性波波场分离数值模拟中的应用

吸收边界条件是用有限区域问题代替求解无限区域问题来研究地震波传播规律的一种有效手段。为此,本文将完全匹配层吸收边界条件应用于求解等效的弹性波动方程以精确地实现波场分离数值模拟,推导了相应的统一格式的高阶交错网格有限差分计算格式,并对均匀各向同性介质模型和复杂模型进行数值试验,比较本文方法与非分离弹性波数值模拟方法在相同吸收厚度情况下的边界吸收能力,数值计算结果表明,本文方法和分离方法均取得了较理想的边界吸收效果,同时也成功合成了混合多分量波场和完全分离的纯纵横波波场,从而可以用来研究弹性波场的传播规律。     

基于交错网格的纵横波波场分离数值模拟方法

为了更精确地研究混合波场中纯纵波和纯横波波场的传播规律,常采用算子分裂方法构造等效的一阶双曲型弹性波动方程,实现弹性波波场分离数值模拟,这不但增加了计算量和额外的计算时间,而且还增加了计算的复杂度。提出了基于交错网格的二阶弹性波动方程波场分离数值模拟的快速实现方法,对层状介质模型和固液界面模型进行模拟试验,并根据交错网格的特点计算出相应的纯纵波(散度场)和纯横波(旋度场),从而克服了上述困难。数值计算结果表明,该方法能够从混合波场中准确地分离出纯纵波和纯横波波场,计算精度和效率得到有效提高,同时指出波场分离数值模拟方法不适用于固液界面等情况。     

各向异性弹性介质方向行波波场分离正演数值模拟

为了进一步提高对弹性波波场传播规律的认识,将波印廷矢量应用于多波多分量各向异性介质弹 性波波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中。 根据弹性波波印廷矢量的波场数值特征,在多分量弹 性波正演数值模拟过程中,实现了上行波、下行波、左行波和右行波的方向行波波场分离。 以均匀各向异 性弹性介质模型、倾斜界面模型和 Marmousi 模型为例,开展了相应的方向行波波场分离数值模拟实验。 结果表明,这种方法计算量小,算法简单,能够准确实现波场快照和数值模拟记录的方向行波波场分离。 因此,在多波多分量弹性波资料的地震波场模拟分析和成像方面具有一定的应用价值。     

弹性波波场P波和S波分解的数值模拟

通常采用完全弹性波波动方程进行弹性波波场数值模拟，只能得到P波和S波的混合波场。若要进一步获得P波和S波的波场，一般是在得到混合波场之后再进行波场分离，或用声波方程单独模拟P波和S波波场，但是这些方法往往很难确保P波和S波的振幅不出现畸变。本文给出了完全弹性波波动方程的一种等价方程，该方程既含混合波场变量，也含纯P波和纯S波波场变量。用伪谱法求解该波动方程，在得到混合波场的同时，也得到了完全分离的纯P波或纯S波波场，并保留了P波和S波能量相互转换的信息。模拟波场分析表明，采用这种弹性波波场分解的数值模拟方法对认识弹性波的传播规律有重要意义。     

弹性波波场正演模拟的研究

本文讨论弹性波波场二维正演模拟问题。首先由动量平衡定律导出用应力分量表示的二维弹性波波动方程,然后用傅里叶变换法求解其波场。在求解过程中,采用了强行吸收边界,在不扩大模型、不增加计算量和存储量的情况下,较好地解决了傅里叶变换数值解法中产生的折叠效应和边界反射问题,并实现了自由表面的模拟。模型试验表明,根据波在不同介质中的传播规律,使我们有可能利用波场图像来区分异常区的岩性和含油气特性。     

层状介质中充满流体井发射的声波波场和弹性波场数值模拟

本文提出了一种计算方法,该方法能模拟层状介质中井中产生的声波和弹性波的传播。该方法是用稀疏波数法计算的格林函数的边界元素技术来系统阐述的。特定的假设前提是钻孔是筒形的,而且钻孔的轴线垂直于地层界面。方法在物理上基于惠更斯原理,它表明:可把绕射边界——井壁(在目前情况下)看成是分布的二次震源。井孔可被分解成许多小筒形单元,每个单元可用三个震源表示:表示在流体中绕射波场的一个体积震源和二个产生向井孔外辐射的弹性波场的表面力。每个震源的强度可通过解描述井     

优化近似解析离散化方法的二维弹性波波场分离模拟

近似解析离散化方法是近年来出现的一种数值模拟方法,其特点是在高阶有限差分中引入了位移梯度,与四阶Lax-Wendroff修正格式数值模拟方法相比,该方法能够在大网格条件下有效地压制频散、提高计算效率和精度。本文首次将优化的近似解析离散化方法应用于弹性波场纵横波分离模拟,建立了波场分离的差分格式。通过模型试算分离出来的纵横波特征更加清晰,说明了该方法的有效性和实用性,对于认识地震波在复杂介质中的传播规律有着重要的意义。     

倾斜横向各向同性介质中弹性波波场伪谱法模拟

各向异性可以提供有关地层构造和岩石性质的大量信息,通过对各向异性地层的波场特性研究,就可以根据地震波的不同特征来分析各种类型的各向异性的成因,所以这是认识地震各向异性的重要途径之一.根据Taylor展开式,给出了倾斜各向异性介质中的位移波动方程,并应用伪谱法进行数值模拟.模拟结果表明(1)TTI(倾斜横向各向同性)介质中的弹性波包括qP波、qSV波、qSH波、qPSV波、qPSH波,透射波有P波、SH波、SV波和转换波,同时波前的对称轴方向发生偏转.(2)伪谱法能较好地胜任正演模拟,能完全推广到其他各向异性介质波场模拟中.     

弹性波交错网格高阶有限差分法波场分离数值模拟

 地震波中的弹性波传播会产生纵波和横波，所以用完全弹性波波动方程进行弹性波波场数值模拟时，只能得到纵横波耦合的混合波场。本文从P波波场为无旋场，而S波波场为无散场的思路出发，推出满足此条件的一阶速度—应力弹性波波场分离方程，并利用交错网格高阶有限差分法对波场分离方程进行数值模拟。模拟实例表明，此方法不但成功地将P波波场和S波波场从混合波场中分离出来，而且这种方法的稳定性好、模拟精度高，可用于弹性波传播规律研究及地震资料处理。     

弹性波波场分离方法对比及其在逆时偏移成像中的应用

弹性波波场分离是弹性波逆时偏移成像中的关键技术,主要基于Helmholtz分解原理。本文对弹性波波场分离法进行系统分析和总结,并将其归纳为直接分离法和间接分离法两类。前者直接对矢量波场进行散度和旋度计算,得到纵波和横波波场,包括空间域方法和波数域方法;后者利用以前时刻分离的纵、横波波场递推得到下一时刻纵、横波波场。文中选择介绍了三种空间域方法、一种波数域方法和一种间接分离法的基本原理,针对均匀介质模型、层状介质模型及Marmousi模型,对这五种方法波场分离的效果和效率进行分析和对比。认识到这些方法各自的优缺点：两种常规空间域方法计算量最小,但分离结果保幅性差;间接分离法效果较好,计算量适中,但在速度突变界面处存在能量异常;改进的空间域方法分离效果最好、计算量最大;波数域方法效果次之、计算量也次之。最后,利用模型数据测试了这五种方法对弹性波逆时偏移成像的影响,表明改进的空间域方法和波数域方法的成像效果最好。     

地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟与逆时成像

为了进一步提高对地震波传播规律的认识,将波印廷矢量引入到二维地震波动方程方向行波波场分离正演数值模拟中。 根据地震波波印廷矢量的波场数值特征,实现了对全地震波场中左行波、右行波、上行波和下行波波场的自动识别与分离。以均匀介质模型、倾斜界面模型以及 Marmousi 模型为例,开展了相应的数值模拟实验与逆时成像处理。 计算结果表明,该方法准确有效,能够实现任意时刻波场快照中方向行波的波场分离,并合成分别由左行波、右行波、上行波和下行波形成的波场快照与数值模拟记录。该方法简单易行,计算量较小,对实际地震资料中方向行波波场的识别、分离、成像及验证具有一定的应用价值。     

准规则网格高阶有限差分法非均质弹性波波场模拟

为精确描述弹性波在非均匀介质中的传播,本文提出一种准规则网格高阶有限差分地震正演模拟方法。该法是将位移分量交错排列,做中心差分运算,在数学上等价于交错网格法,并给出了震源加载方法、边界条件和稳定性条件。与传统交错网格法和规则网格法相比,该方法在模拟精度和稳定性方面与交错网格法相同且优于传统规则网格法;而从内存占用上,相较于交错网格,二维时内存占用减少了60%,三维时减少了66.7%。利用层状模型验证了方法的模拟精度;利用复杂的Marmousi-2模型说明了方法的适用性和稳定性。     

复杂近地表弹性波波场特征研究

 本文采用任意起伏地表二维弹性波方程交错网格高阶有限差分法模拟，通过地震波波场快照、单炮记录以及合成的近似叠加记录，分析了不同倾角斜层模型、起伏基岩面模型以及起伏地表下简单构造模型等3个简化模型弹性波场特征、弹性波主要类型以及弹性波传播规律。模型试验结果表明，近地表斜层、起伏基岩面以及速度横向非均匀引起折射波的不连续。近地表速度结构和地形不仅引起地下反射波同相轴弯折、畸变，而且产生严重的规则干扰。     

裂缝介质弹性波场数值模拟及波场特征

裂缝介质的数值模拟是研究裂缝介质中地震波传播特征及规律的主要手段。以各向异性介质的弹性波动方程为基础,推导出空间交错网格方法一阶导数的任意偶数阶精度差分格式,并利用此差分格式对裂缝介质进行了2.5D三分量正演模拟。模拟结果表明:受裂缝影响弹性波在裂缝介质中传播的波场是非常复杂的,除了存在反射P波、反射P-SV波,还存在横波分裂现象和沿裂缝介质传播的导波等;数值模拟的三分量的方位道集呈现出波场传播的时间和振幅与裂缝的方位存在很大的关联,其方位各向异性特征与实际资料的方位各向异性特征一致,可以指导今后的方位各向异性处理和裂缝预测。     

TI各向异性介质中P-SV波波场模拟

采用文献2提出的用褶积求微分、用交错网格取代一般矩形差分网格的有限差分方法，实现了TI各向导性介质中P－SV波波动方程有限差分炮点记录的模拟，该软件现已安装在IBM地震处理系统中。文中用同一软件实现了各向同性介质中P－SV波波动方程地点记录的模拟；提出了各向异性P－SV波波动方程边界吸收的基本思想及交错网格情况下的点震源模拟方法─—双圆模式法（DRM法）；介绍了各向异性P－SV波波场模拟结果及其分析。与文献1的对比表明，本方法在自由边界吸收方面有所改进。     

椭圆各向异性介质中SH波波场模拟

在二维椭圆各向异性介质条件下,各向异性波动方程可以分解为一个独立的 SH 波波动方程和一个 P-SV 波波动方程组。本文用褶积求微分的有限差分方法实现了二维椭圆各向异性介质中 SH 波的共炮点记录的模拟。模拟结果的成败在于求解 SH 波波动方程时对边界条件的处理,文中分别给出内边界及边界端点的吸收公式;同时给出多种各向同性和椭圆各向异性介质中的共炮点记录和波场切片图(Snapshot),展示了椭圆各向异性 SH 波波场的特性。从中可以看出:①反射 SH 波的时距曲线并非双曲线;②各向异性波在界面上的反射和透射仍满足Snell 定律;③各向异性介质中的 SH 波和各向同性介质中的波型是完全对应的,只是两种介质中的同一类型的波在传播时间、传播速度和同相轴的形态及能量分布有所不同。     

低速破碎带弹性波场特征数值模拟研究

页岩气的开发需要对地层进行水平井压裂,在压裂过程中会产生地下破碎带。破碎带会对地震波的传播产生影响,较为明显的现象是,由于低速薄层的存在,地震波"陷入"在薄层内形成"导波"。文中基于弹性波方程的交错、变网格高阶有限差分正演模拟,研究了低速破碎带地层弹性波波场特征;针对破碎带呈现的各向异性和随机特征,建立了均匀异性介质模型和各向异性随机介质模型,进行了弹性波场数值模拟。结果表明:低速破碎带对地震波能量有"禁锢"作用;各向异性介质模型模拟的波场清晰,适用于页岩气储层压裂分析;破裂导致的随机扰动分布致使波场存在较强散射。     

地震反射波与散射波波场分离方法初探

与地震反射波相比,地震散射波具有更好的刻画地层细节特征的能力,为此开展了地震反射波和散射波波场分离方法的探索性研究。 从理论上探讨了地震反射波和散射波之间的共性和差异,并根据热传导的相关理论,提出了采用基于热传导方程的扩散滤波方法进行地震反射波和散射波波场多尺度分离的思路和方法。 以实际三维地震工区叠前偏移数据为例,开展了地震反射波和散射波的波场分离数值实验。结果表明：该方法可以相对地分离地震反射波和散射波能量,且能够分别反映出地层的宏观特征和微观特征,其中分离出的反射波剖面信噪比得到了明显提高,而散射波剖面信噪比较低,但却能够反映出地层的裂缝分布和非均匀地质体的边缘特征,可以更加有效地刻画掩盖在常规地震反射波能量之下的微观地层细节特征,对于实际地震资料数字处理具有重要的参考价值     

VTI介质弹性波波场分解的空间域算法

本文在波数域波场分解方法的基础上,研究了VTI介质中弹性波波场准纵波、准横波分解的空间域算法。通过求解克里斯托弗尔方程,得到准纵波与准横波的偏振方向及波数域波场分解算子,对其进行反傅里叶变换得到空间域波场分解算子;由空间域波场分解算子与原始波场的褶积即可得到对应不同波型的具有多分量特征的波场分解结果。由于在不同空间位置处采用不同的分解算子,故本文算法能适应各向异性参数随空间位置变化的情况。分别采用均匀VTI介质模型、层状VTI介质模型和Sigbee2A VTI模型进行了模拟试算,模拟结果验证了算法的有效性。